Producir células madre de forma más eficaz y rentable a escala industrial
Menos plástico, mayor rendimiento: la producción de células madre está a punto de pasar de las placas de cultivo a los biorreactores
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Las células madre ofrecen numerosas aplicaciones nuevas en la investigación y la industria. Tradicionalmente, se cultivan en el laboratorio en forma de capas celulares bidimensionales. Sin embargo, este método no es adecuado para la producción comercial a gran escala. El consorcio de investigación coordinado por la MHH se propone ahora cambiar esta situación y desarrollar una plataforma de producción apta para uso industrial.
Las células madre pluripotentes (PSC) se encuentran entre las fuentes celulares más prometedoras de la medicina regenerativa. Las terapias derivadas de las PSC ya se están investigando en más de 100 ensayos clínicos para una amplia gama de afecciones, desde la enfermedad de Parkinson y la insuficiencia cardíaca hasta la diabetes tipo 1. Sin embargo, todas las aplicaciones potenciales se enfrentan al mismo reto: ¿cómo se pueden producir estas células de forma fiable y rentable a escala industrial, de modo que las terapias sigan siendo asequibles para los sistemas sanitarios en el futuro, especialmente cuando se requiere un gran número de células para un solo tratamiento? El proyecto «INDUZELL», dirigido por el Prof. Dr. Robert Zweigerdt —biólogo celular y jefe del grupo de investigación de los Laboratorios de Investigación Leibniz para la Biotecnología y los Órganos Artificiales (LEBAO), pertenecientes al Departamento de Cirugía Cardiotorácica, Trasplantes y Cirugía Vascular de la Facultad de Medicina de Hannover (MHH), aborda este problema. El consorcio también incluye a la Universidad Leibniz de Hannover, la Universidad de Ciencias Aplicadas y Artes de Hannover y la Universidad de Ciencias Aplicadas de Emden/Leer. El proyecto está financiado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) con unos 1,4 millones de euros a lo largo de tres años.
De la producción en 2D a la 3D
«Las células madre pluripotentes, como materia prima ilimitada y renovable, pueden transformarse en prácticamente cualquier tipo de célula», explica el profesor Zweigerdt. «Por lo tanto, ofrecen numerosas aplicaciones nuevas: desde productos celulares terapéuticos en medicina hasta el desarrollo de mejores principios activos en la industria farmacéutica o la producción de carne para la producción alimentaria alternativa». Hasta la fecha, en muchos laboratorios estas células siguen cultivándose en placas de cultivo celular. Este cultivo bidimensional da lugar a un rendimiento relativamente bajo, al tiempo que requiere una gran cantidad de espacio y energía, además de generar una cantidad significativa de residuos plásticos. No es adecuado para la producción a escala industrial. Los investigadores, sin embargo, se centran en el cultivo en 3D en biorreactores industriales estándar de vidrio con tanque agitado. El grupo de investigación de Zweigerdt es líder mundial en el desarrollo de este tipo de procesos. En su proyecto, están desarrollando una plataforma de producción que, dentro de un sistema cerrado, garantiza un alto rendimiento celular con una calidad constante de forma automatizada, fiable y reproducible. «Queremos optimizar la producción celular en cultivo en suspensión y aumentar el volumen de los biorreactores de los dos litros actuales hasta un máximo de diez litros», afirma el biólogo celular.
Cultivo con células criopreservadas
Para el cultivo, el cultivo 3D se sembrará directamente con reservas de células congeladas. Este proceso, conocido técnicamente como crioconservación, presenta varias ventajas: las células congeladas conservan sus propiedades durante años sin sufrir cambios incontrolados. «En nuestro caso, esto significa que se garantiza que las PSC conserven su pluripotencia, es decir, su capacidad para ser reprogramadas en otros tipos celulares», explica el Dr. Kevin Cyrys, cosolicitante del proyecto e investigador asociado del grupo de trabajo. Las células criopreservadas se transfieren de forma estéril al biorreactor de tanque agitado mediante las denominadas «cryobags». Esto minimiza el riesgo de contaminación por bacterias u hongos. Otra ventaja de las células crioconservadas es que no es necesario cultivarlas previamente y, por lo tanto, están disponibles justo cuando se necesitan para inocular la suspensión.
Uso de la IA para crear una plataforma de producción «inteligente»
Uno de los retos de la producción celular en biorreactores de tanque agitado es que las células se agrupan para formar clústeres multicelulares. Mientras que en las placas de cultivo solo aumenta el número de células individuales con el tiempo, aquí también cambia el tamaño de los clústeres celulares. Las células individuales forman aglomerados compuestos por cientos o incluso miles de células, lo que, en conjunto, influye en las propiedades de todo el proceso de producción celular. Se utilizará la microscopía multimodal, que emplea simultáneamente diversos métodos de medición y técnicas de imagen, para registrar con precisión estas influencias.
Con la ayuda de la inteligencia artificial y el aprendizaje automático, se supervisará y optimizará de forma continua todo el proceso de producción. A continuación, los investigadores pretenden utilizar todos los datos recopilados para desarrollar una plataforma de producción «inteligente» capaz de responder a desviaciones imprevistas del proceso, sugerir mejoras por sí misma y, de este modo, aumentar el rendimiento celular. «La plataforma está diseñada para garantizar que la producción de PSC pueda funcionar de forma fiable a gran escala en el futuro, manteniendo al mismo tiempo los costes bajos y minimizando el consumo de material», destaca el profesor Zweigerdt.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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